CN113051656B - 一种飞机增升装置刚度控制方法 - Google Patents

Abstract

一种飞机增升装置刚度控制方法，通过翼面结构展向梁上接头的数量和位置控制翼面结构的刚度，将翼面结构沿展向划分为若干个剖面，得到翼面结构的展向、弦向的弯曲扭转刚度参数；将翼面结构简化为一根直梁，该直梁与展向梁重合，将连接在展向梁上的多个接头作为直梁的多个支持点；以增升装置翼面结构展向、弦向变形为优化目标，以支持点支反力差异最小为约束条件，设置直梁支持点位置及数量优化问题的适应度函数，进行优化，得到满足约束条件的支持点位置及数量；该支持点在直梁上的位置和数量即为接头在展向梁上的位置和数量。

Description

一种飞机增升装置刚度控制方法

技术领域

本发明涉及结构强度分析技术领域，特别涉及飞机大弦长超薄铰链式增升装置刚度控制方法。

背景技术

飞机增升装置广泛应用于大型飞机之中以改善飞机的起降性能。增升装置采用铰链式定轴转动，设计空间有一定限制，弦长大、翼型薄是其一大特点，这种布置使结构弦向变形大，刚度指标难以控制，如何在有限设计空间内进行合理支持点布置以达到控制变形目的，成了大弦长(弦长3米以上)超薄(翼型150mm以下)铰链式增升装置设计的一大难点，现有工程算法已不能满足大弦长超薄铰链式增升装置刚度控制要求。

发明内容

本申请的目的在于提供一种以控制结构变形为目标，通过对结构支持点进行位置和数量优化的飞机增升装置刚度控制方法。

通过建立正确有效合理的优化仿真分析模型，运用相关的算法对其进行结构布置及支持点位置优化，得到满足各项约束条件的支持优化布局，进而对优化布局下的结构刚度进行刚度分析，从而获的控制结构刚度的方法。

一种飞机增升装置刚度控制方法，该增升装置包含翼面结构和多个接头，接头连接在翼面结构的展向梁上，已知增升装置结构形式，其特征在于：通过翼面结构展向梁上接头的数量和位置控制翼面结构的刚度，所述接头的数量和位置的计算方法如下：

(1)将翼面结构沿展向划分为若干个剖面，计算出每个剖面的形心、剖面惯性矩，得到翼面结构的展向、弦向的弯曲扭转刚度参数；

(2)将翼面结构简化为一根直梁，该直梁与展向梁重合，将连接在展向梁上的多个接头作为直梁的多个支持点；

(3)将翼面结构的展向、弦向弯曲扭转刚度参数赋予直梁；

(4)将翼面结构的气动载荷采用展向、弦向载荷大小一致的原则等效施加到直梁上：

(5)以增升装置翼面结构展向、弦向变形为优化目标，以支持点支反力差异最小为约束条件，设置直梁支持点位置及数量优化问题的适应度函数，进行优化，得到满足约束条件的支持点位置及数量；该支持点在直梁上的位置和数量即为接头在展向梁上的位置和数量。

所述的步骤5)中适应度函数采用下列公式：

式中：

f_max、f_min——支持点的最大、最小的支反力，

f_sum——为支持点上的支反力的和，

u_max——梁的最大垂向、弦向变形，

u_lim——为设计允许的梁的最大垂向、弦向变形。

本发明的有益效果在于：

1)对大弦长、翼型薄铰链式增生装置创新性地进行结构支持点位置优化；

2)针对优化结构进行精确刚度表征，有效减轻结构重量。

以下结合实施例附图对本申请做进一步详细说明。

附图说明

图1是飞机的铰链式增生装置结构示意图。

图2是翼面结构沿展向划分为若干个剖面示意图。

图3是支持点最大支反力差异与最大变形的关系示意图。

图4是优化后的三个支持点位置示意图。

图中编号说明：1翼面结构、2接头、3展向梁、4剖面

具体实施方式

参见附图，本申请提出的飞机增升装置刚度控制方法，该增升装置包含翼面结构1和多个接头2，接头2连接在翼面结构的展向梁3上，已知增升装置结构形式，通过翼面结构1展向梁3上接头2的数量和位置控制翼面结构1的刚度，所述接头2的数量和位置的计算方法如下：

(1)将翼面结构沿展向划分为若干个剖面4，计算出每个剖面4的形心、剖面4惯性矩，得到翼面结构的展向、弦向的弯曲扭转刚度参数；

(2)将翼面结构简化为一根直梁，该直梁与展向梁重合，将连接在展向梁上的多个接头作为直梁的多个支持点；

(3)将翼面结构的展向、弦向弯曲扭转刚度参数赋予直梁；

(4)将翼面结构的气动载荷采用展向、弦向载荷大小一致的原则等效施加到直梁上：

(5)以增升装置翼面结构展向、弦向变形为优化目标，以支持点支反力差异最小为约束条件，设置直梁支持点位置及数量优化问题的适应度函数，进行优化，得到满足约束条件的支持点位置及数量；该支持点在直梁上的位置和数量即为接头在展向梁上的位置和数量。

所述的步骤5)中适应度函数采用下列公式：

式中：

f_max、f_min——支持点的最大、最小的支反力，

f_sum——为支持点上的支反力的和，

u_max——梁的最大垂向、弦向变形，

u_lim——为设计允许的梁的最大垂向、弦向变形。

某飞机襟翼增升装置，展长7.5米，弦长5.3米，翼型最大高度108mm，绕铰链轴旋转保证襟翼不同打开角度，为典型的大弦长超薄铰链式增升装置。根据本申请的技术方案，对襟翼的翼面结构1沿展向刚度简化分析得知，如果将襟翼的翼面结构1沿展向划分为多个剖面4时，比如7-9个剖面时，其刚度简化趋于均匀化，对支持点位置及数量优化影响2％，故实施例中，将襟翼的翼面结构1沿展向划分为八个剖面4，如图2所示。

依据以上技术方案，将襟翼增升装置接头作为支持点进行数量和位置优化。

作为权函数，用于调整优化目标中支反力和变形两方面占得比例关系。当时，则优化问题简化为不考虑梁的变形，只需满足三个支点上的支反力差异最小；当时，则优化问题简化为不考虑支点上的支反力，只需满足梁的变形最小。

对该优化问题进行求解，在取不同权重系数时，得到在限定梁的最大变形不超过3.5mm时，支点个数最少为3个。

在三支点支持条件下，进行不同权重系数优化，优化结果见图3(图3横坐标为梁的变形，单位毫米，纵坐标为三个支反力差值，单位N)。从中明显看出支反力和变形是一对矛盾的关系，当对变形要求过高时，支反力上的差异就会很大，反之当对支反力要求过高时，变形就会增大。

依据现有结构设计输入条件，梁最大许可变形3.0mm，依据图3结果，给出三个约束点的垂向支反力分别为148518N、132805N和78089N，进而得到三支点布置位置，见图4。

此优化方法及细节等效刚度分析方法准确得到翼面刚度指标，计算精度高，此方法有限减轻结构重量23.2％(4.32Kg)。

Claims (1)

1.一种飞机增升装置刚度控制方法，该增升装置包含翼面结构和多个接头，接头连接在翼面结构的展向梁上，已知增升装置结构形式，其特征在于：通过翼面结构展向梁上接头的数量和位置控制翼面结构的刚度，所述接头的数量和位置的计算方法如下：

(1)将翼面结构沿展向划分为若干个剖面，计算出每个剖面的形心、剖面惯性矩，得到翼面结构的展向、弦向的弯曲扭转刚度参数；

(2)将翼面结构简化为一根直梁，该直梁与展向梁重合，将连接在展向梁上的多个接头作为直梁的多个支持点；

(3)将翼面结构的展向、弦向弯曲扭转刚度参数赋予直梁；

(4)将翼面结构的气动载荷采用展向、弦向载荷大小一致的原则等效施加到直梁上：

(5)以增升装置翼面结构展向、弦向变形为优化目标，以支持点支反力差异最小为约束条件，设置直梁支持点位置及数量优化问题的适应度函数，进行优化，得到满足约束条件的支持点位置及数量；该支持点在直梁上的位置和数量即为接头在展向梁上的位置和数量，所述的步骤5)中适应度函数采用下列公式：

式中：

f_max、f_min——支持点的最大、最小的支反力，

f_sum——为支持点上的支反力的和，

u_max——梁的最大垂向、弦向变形，

u_lim——为设计允许的梁的最大垂向、弦向变形。